Flutnings- og dreifikerfi raforku eru mikilvægur hluti af innviðum nútíma þjóðfélags. Erfitt er að hugsa sér daglegt líf ef rafmagns nyti ekki við.
Til þess að koma rafmagninu til notenda þarf að framleiða það, flytja og að lokum dreifa því. Flutningskerfi Landsnets flytur raforkuna á hárri spennu (66 kV, 132 kV eða 220 kV) frá virkjun að tengivirki, þar sem spennan er lækkuð og afhent til dreifiveitu eða annarra notenda (t.d. stóriðju) og dreifiveitan dreifir orkunni til sinna notenda.
Flutningur og dreifing
Til þess að hægt sé að flytja og dreifa raforkunni þarf raflínur. Þær eru annað hvort í lofti (loftlínur) eða jörð (jarðstrengir). Dreifikerfin, sem rekin eru á mun lægri spennu en flutningskerfin (dæmigert á 19 kV eða 11 kV), eru að stórum hluta komin í jörðu og er nú svo komið hér á landi að það er í algerum undantekningartilfellum að dreifilínur í lofti sjást í þéttbýli. Strengvæðing flutningskerfa gengur hins vegar hægar, enda eru raffræðilegar áskoranir þar erfiðari viðureignar auk þess sem kostnaður og umfang við jarðstrengslagnir vex með hækkandi spennu. Hér á landi hafa þó jarðstrengslagnir verið ráðandi í nýlögnum á lægri spennustigum í flutningskerfinu (66 kV og 132 kV). Þessi þróun er fyllilega í takt við þróunina í öðrum löndum, þ.e. strengvæðing byrjar á lægri spennustigum og fikrar sig hægt og rólega upp á við.
Raffræðilegar áskoranir
Hverjar eru svo þessar raffræðilegu áskoranir? Til þess að skýra þær út, þarf að fara í smá rafmagnsfræði. Í raforkukerfinu er orkan flutt með riðstraum, þ.e. straumurinn (og spennan) sveiflast fram og til baka fimmtíu sinnum á sekúndu. Aflið, sem er margfeldi straums og spennu, er samsett úr tveimur þáttum; raunafli sem er sá hluti aflsins sem skilar vinnu og launafli sem skilar engri vinnu en sveiflast fram og til baka[1]. Jarðstrengur er þannig uppbyggður að hann framleiðir umtalsvert magn af launafli, 20 – 30 sinnum meira en loftlína með sambærilega afkastagetu. Launaflsframleiðslan er í réttu hlutfalli við annað veldi spennunnar, sem þýðir til dæmis að jarðstrengur framleiðir fjórfalt meira launafl á 132 kV spennu en hann myndi gera á 66 kV spennu.
Launafl hefur bein áhrif á spennuna í kerfinu og er gagnlegt upp að vissu marki, til dæmis til þess að viðhalda spennugæðum. Verði það hins vegar of mikið, getur það farið að hafa neikvæð áhrif á kerfisreksturinn, til að mynda vegna erfiðleika við spennustýringu. Mikið launafl getur nefnilega haft þau áhrif að spenna verði of há og spennusveiflur verði of miklar, til dæmis vegna einfaldra aðgerða í kerfinu.
Kerfisstyrkur
Þessi áhrif eru þó mjög háð því hvernig kerfið er í stakk búið til þess að takast á við launaflið. Til er stærð sem gefur hugmynd um styrk raforkukerfisins í hverjum tengipunkti. Sú stærð kallast skammhlaupsafl og er mælikvarði á styrk (eða stífleika) kerfisins og þar með upplýsingar um það hversu vel það getur staðið á móti áhrifum launaflsins á kerfisreksturinn. Skammhlaupsaflið er mismikið eftir tengipunktum og eru nokkrir þættir sem hafa áhrif á það, s.s. nálægð við virkjanir, möskvun kerfisins (þ.e. fjöldi tengileiða milli punkta) og spennustig. Í íslenska flutningskerfinu er styrkurinn mestur á Suður- og Suðvesturlandi, sem helgast af því að þar eru flest af stærstu orkuverum landsins og kerfið er þar þéttriðnast, þ.e. tengipunktar tengjast saman með mörgum, sterkum flutningslínum á hæstu spennu flutningskerfisins (220 kV). Sem dæmi má nefna að útreiknað skammhlaupsafl í 220 kV tengivirkinu á Geithálsi er um 3800 MVA. Að öllu jöfnu lækkar svo skammhlaupsaflið eftir því sem komið er lengra út í kerfið, þ.e. fjær orkuverum og á lægri spennustig. Til að mynda er útreiknað skammhlaupsafl í 132 kV tengivirkinu á Rangárvöllum við Akureyri um 525 MVA.
Innbyrðis áhrif og heildstætt mat
Ólíkur styrkur kerfisins milli landsvæða er meginástæða þess að svigrúm til jarðstrengslagna er mismunandi. Þar sem kerfið er sterkt (hátt skammhlaupsafl) er meira rými til þess heldur en þar sem styrkurinn er lítill. Einnig þarf að hafa það í huga að jarðstrengslagnir innan sama svæðis hafa innbyrðis áhrif. Enn fremur hafa jarðstrengslagnir í dreifikerfinu áhrif á mögulegar jarðstrengslengdir í yfirliggjandi flutningskerfi á sama landsvæði. Þetta gildir að sjálfsögðu einnig í hina áttina. Landsnet hefur lengi bent á það að af þessum sökum þurfi að meta jarðstrengslagnir með heildstæðum hætti, sbr. t.a.m. skýrslu Landsnets „Jarðstrengslengdir í meginflutningskerfinu - Mat á mögulegum jarðstrengslengdum í nýju 220 kV flutningskerfi á Norðurlandi – Kerfisgreining“, mars 2017. Skipulagsstofnun hefur tekið undir þetta með óyggjandi hætti í nýlegu áliti stofnunarinnar um mat á umhverfisáhrifum Kröflulínu 3.
Það sem þetta þýðir á mannamáli er að jarðstrengslögn í einni línu hefur óhjákvæmilega áhrif (til styttingar) jarðstrengskafla í annarri línu innan sama svæðis. Sé tekið dæmi úr niðurstöðum ofangreindrar skýrslu, þá má gera ráð fyrir því að 12 km langur jarðstrengur í Hólasandslínu 3 stytti mögulegan jarðstrengskafla í Kröflulínu 3 í 10 – 12 km (úr um það bil 15 km, sé hún skoðuð ein og sér). Ef Blöndulínu 3 er bætt við, er möguleg lengd jarðstrengskafla í henni um 5 km (að gefnum 12 km í Hólasandslínu 3 og 10 km í Kröflulínu 3) og þar með er heildarlengd jarðstrengja í þessum þremur línum 27 – 29 km. Það er hins vegar ekki þannig að hægt sé að draga úr strenglengdinni í Blöndulínu 3 og auka tilsvarandi við í Kröflulínu 3 (eða öfugt). Strengkaflinn í Hólasandslínu 3 hefur takmarkandi áhrif á mögulega strenglengd í Blöndulínunni. Áhrifa strengkafla í Kröflulínu 3 gætir lítt vestan Akureyrar, þ.e. í Blöndulínu 3.
Vegna stefnu stjórnvalda um lagningu raflína í nálægð við flugvöll, þar sem sýnt er fram á að hún geti haft áhrif á flugöryggi, hefur sá kafli í Hólasandsslínu 3 (12 km) forgang á lagningu jarðstrengs ef horft er til þeirra þriggja kosta sem rætt er um hér að ofan, Kröflulínu 3, Blöndulínu 3 og Hólasandslínu 3.
Lokaorð
Af framansögðu er ljóst að til þess að nýta megi á sem bestan hátt það svigrúm sem er til jarðstrengslagna í flutningskerfi raforkunnar, þarf að rannsaka hvert tilfelli gaumgæfilega. Vinnuhópur CIGRÉ, sem eru alþjóðleg samtök um rekstur og uppbyggingu raforkukerfa, hnykkir á þessu í skýrslu sem kom út í mars á síðasta ári („Implementation of long AC HV and EHV cable systems“, CIGRÉ mars 2017). Þar sem möguleikar til jarðstrengslagna í íslenska flutningskerfinu eru ef til vill minni en víða annars staðar, er afar nauðsynlegt að nýta möguleikana á sem bestan hátt. Það er mikilvægt að til sé skýr stefna frá hendi stjórnvalda og að hún sé höfð að leiðarljósi.
[1] Launafl er nauðsynlegt að vissu marki í raforkukerfum. Það viðheldur segulsviði, sem er til dæmis nauðsynlegt í rafmótorum. Launafl „tekur pláss“ í streng eða línu og hefur þar með áhrif á getuna til þess að flytja raunafl (minna launafl – meira pláss fyrir raunafl).